KR20050061133A - 규소 결정화 검사 시스템 - Google Patents

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Abstract

UV 광을 기판에 조사하는 UV 조사 장치, 기판에서 반사된 UV 광을 결상하는 광학계, 광학계에 의해 결상된 화상을 측정하는 촬상 장치, 촬상 장치의 출력 신호 중 고주파수 성분을 필터링하는 필터를 포함하고, 기판은 결정화 공정이 완료된 기판인 규소 결정화 검사 시스템.

Description

규소 결정화 검사 시스템{SILICON CRYSTALLIZATION TESTING SYSTEM}
본 발명은 규소 결정화 검사 시스템에 관한 것으로서, 특히, 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 표시판에 형성된 다결정 규소층의 불량을 검사하는 시스템에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 전계 생성 전극이 두 표시판에 각각 구비되어 있는 것이다. 이중에서도 한 표시판에는 복수의 화소 전극이 행렬의 형태로 배열되어 있고 다른 표시판에는 하나의 공통 전극이 표시판 전면을 덮고 있는 구조의 액정 표시 장치가 주류이다. 이 액정 표시 장치에서의 화상의 표시는 각 화소 전극에 별도의 전압을 인가함으로써 이루어진다. 이를 위해서 화소 전극에 인가되는 전압을 스위칭하기 위한 삼단자 소자인 박막 트랜지스터를 각 화소 전극에 연결하고 이 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 신호를 전달하는 게이트선과 화소 전극에 인가될 전압을 전달하는 데이터선을 표시판에 설치한다.
박막 트랜지스터 표시판의 반도체층으로는 비정질 규소(amorphous silicon)와 결정질 규소(crystalline silicon)가 이용되며, 비정질 규소는 낮은 온도에서 증착하여 박막(thin film)을 형성하는 것이 가능하여, 주로 낮은 용융점을 가지는 유리를 기판으로 사용하는 액정 패널(liquid crystal panel)의 스위칭 소자에 많이 사용한다. 그러나, 비정질 규소 박막은 낮은 전계 효과 이동도 등의 문제점으로 표시소자의 대면적화에 어려움이 있다. 따라서, 높은 전계 효과 이동도(30㎠/VS)와 고주파 동작 특성 및 낮은 누설 전류(leakage current)의 전기적 특성을 가진 다결정 규소(poly crystalline silicon)의 개발이 진행되고 있다.
특히, 다결정 규소 박막의 전기적 특성은 그레인(grain)의 크기에 큰 영향을 받는다. 즉, 그레인의 크기가 증가함에 따라 전계 효과 이동도도 따라 증가한다.
따라서, 이러한 점을 고려하여 규소를 다결정화 하는 방법이 큰 이슈로 떠오르고 있으며, 에너지원을 레이저로 하여 규소를 다결정화 하는 방법이 사용되고 있다.
다결정 규소층을 가지는 액정 표시 장치의 제조 공정 중 레이저 결정화 공정은 다결정 규소층을 가지는 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터의 특성에 아주 중요한 영향을 끼친다. 즉, 결정성이 좋지 않으면 박막 트랜지스터의 특성 불량을 야기한다.
ELA(Eximer Laser Annealing)를 이용한 레이저 결정화 시스템은 결정화 관점에서는 우수하여 일반적으로 양산에 적용하고 있는 기술이나, 레이저의 안정성이 문제되고 있다. 즉, 레이저의 에너지가 순간적으로 높게 되면 반도체층은 비정질화되고, 액정 표시 장치에서 세로줄 불량으로 나타난다.
이러한 세로줄 불량과 같은 결정화 불량을 측정하는 장치로는 SEM, 엘립소미트리(ellipsometry), AFM(Atomic Force microscopy) 및 UV(Ultra Violet light) 현미경 등의 여러 가지가 있으나, 이들은 대부분 포인트(point) 측정 방법에 의하기 때문에 세로줄 불량을 측정하기에는 시간이 많이 요구되며, 실용성이 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 기술적 과제는 다결정 규소층의 세로줄 불량을 고속으로 검사가능한 규소 결정화 검사 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 규소 결정화 검사 시스템은 UV 광을 기판에 조사하는 UV 조사 장치, 상기 기판에서 반사된 UV 광을 결상하는 광학계, 상기 광학계에 의해 결상된 화상을 측정하는 촬상 장치, 상기 촬상 장치의 출력 신호 중 고주파수 성분을 필터링하는 필터를 포함하고, 상기 기판은 결정화 공정이 완료된 기판인 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판과 상기 광학계 사이의 간격을 조절하는 기판 조절 장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 촬상 장치에서의 화상의 결상 여부를 검사하는 화상 결상 센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 화상 결상 센서와 상기 기판 조절 장치는 서로 피드백되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판은 좌우 방향으로 이동하여 상기 UV 광이 상기 기판 전체에 스캔되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 UV 광은 상기 기판 위의 다결정 규소층의 불량 라인과 직교하며 스캔되는 것이 바람직하다.
그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 규소 결정화 검사 시스템에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 규소 결정화 검사 시스템의 개략적인 설명도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 규소 결정화 검사 시스템은 UV(Ultra Violet) 조사 장치(100), 광학계(200), 촬상 장치(300) 및 필터(400)를 포함한다.
UV 조사 장치(100)는 UV 광을 다결정 규소층(14)이 형성된 기판(10)에 조사하는 장치이며, UV 레이저를 발생시키는 UV 광 발생부(101), 발생한 UV 광을 기판(10)에 조사하는 조사부(102)로 이루어져 있다. 이러한 조사부(102)는 복수개의 반사경이나 렌즈로 이루어진 광학계로 이루어지는 것이 바람직하다.
ELA(Eximer Laser Annealing) 결정화 방식에 의한 다결정 규소층(14)이 형성되어 있는 기판(10)에는 고 에너지 불량에 의해 세로줄의 형태로 결정화 불량 라인이 나타나며, 불량인 부분의 그레인 크기(grain size)는 다른 부분보다 급격히 작아지며, 표면 거칠기가 정상 결정화 지역에 비해 급격히 변한다.
이를 이하에서 도면을 참고로 하여 결정화 과정을 상세히 설명한다.
도 2는 ELA를 이용하여 비정질 규소층을 결정화하는 방법을 상세히 설명한 단면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대 도시한 도면으로서, 정상 결정화 지역(B)과 불량 결정화 지역(C)을 상세히 설명한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, ELA를 이용하여 비정질 규소층을 결정화하기 위해서는 우선, 유리 또는 합성수지 등의 기판(10) 위에 열산화법 등을 이용하여 산화막으로 버퍼층(Buffer layer, 12)을 형성하고, 버퍼층(12) 위에 비정질 규소층(14)을 형성한다.
다음으로, 기판(10) 위에 레이저 빔을 주사하여 버퍼층(12) 위의 비정질 규소층(14)을 극히 짧은 시간동안에 용해한 후, 냉각하여 다결정 규소층(14)으로 결정화한다.
이때, 다결정 규소층(14)은 비정질 규소층(14)에 레이저 빔을 주사할 경우에 순간적인 용해 과정과 응고 과정을 거쳐 냉각이 진행됨에 따라 고체 상태의 다결정 규소핵(16)이 생성된다. 그리고, 온도 구배를 따라 다결정 규소핵(16)의 상방향과 주변 횡방향으로 고체 및 액체 계면이 전진하게 되는 성장과정을 거치게 된다.
또한, 이와 같은 응고 과정의 단계에서 3방향 이상에서 성장한 고체 상태의 그레인(Grain)이 한 선상에서 만나게 되고 이와 같은 계면이 그레인 바운더리(Grain boundary, 18)를 형성하게 된다.
그리고, 규소층(Silicon)의 경우 고체 상태의 부피가 액체 상태의 부피보다 약 10%이상 높고, 레이저에 의해서 용해되는 비정질 규소층은 응고 속도가 매우 빠르고, 비정질 규소층의 고체 및 액체 상태의 변화에 따른 부피 팽창을 수용할 공간이 부족함으로써 3방향 이상의 핵성장에 의해서 형성된 그레인 바운더리(18)가 만나는 지점의 다결정 규소층(14)은 상부로 높이 솟아올라 돌출부 또는 돌기(2)를 형성하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 돌기(2b)는 고에너지 레이저에 의한 불량 결정화 지역(C)에서는 결정화가 제대로 안되어서 작은 높이로 돌출하므로, 기판의 표면 거칠기가 작아진다. 그러나, 정상 결정화 지역(B)에서는 결정화가 제대로 되어서 돌기(2a)가 높은 높이로 돌출하므로, 기판의 표면 거칠기가 높아진다.
불량 결정화 지역(C)은 ELA를 이용한 결정화 공정에서는 세로줄의 형태로 나타난다. 예컨대, 정상 결정화 지역(B)의 경우 돌기(2a)의 높이(D)가 500 내지 700Å이고, 불량 결정화 지역(C)의 경우 돌기(2b)의 높이(E)가 100 내지 200Å이다.
즉, 정상 결정화 지역(B)의 돌기(2a)의 높이(D)는 불량 결정화 지역(C)의 돌기(2b)의 높이(E)보다 높다.
따라서, 본 발명의 한 실시예에서는 정상 결정화 지역(B)의 돌기(2a)의 높이(D)가 높은 것을 이용한다. 즉, UV 광을 이용한 촬상 장치(300)의 출력 신호 중 고주파 성분을 필터링하고 이를 분석함으로써 돌기가 높은 부분인 정상 결정화 지역(B)과 돌기가 낮은 부분인 불량 결정화 지역(C)을 판독할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 한 실시예에서는 다결정 규소층(14)이 형성된 기판(10)에 조사되어 반사된 UV 광을 결상하는 광학계(200)가 기판과 소정 간격 이격되어 소정 위치에 위치하고 있다. 이러한 광학계(200)는 복수개의 렌즈의 결합으로 이루어진다.
그리고, 광학계(200)에 의해 결상된 화상을 측정하는 촬상 장치(CCD, Charge-Coupled Device)(300)가 광학계(200)를 통과한 UV 광의 경로상에 설치되어 있다. 촬상 장치(300)는 광을 전기로 변환시켜 판독될 수 있도록 만드는 장치이다.
그리고, 이러한 촬상 장치(300)의 출력 신호 중 일부 주파수 성분 즉, 고주파수(High Frequency, HF)만을 필터링하는 필터(filter)(400)가 촬상 장치(300)에 연결되어 있다.
이 경우, 필터(400)를 통해 필터링된 고주파 신호 중 소정 레벨(level) 이하가 되는 부분(K)이 관측되면 이 부분이 돌기의 높이가 낮은 불량 결정화 지역(C)이라고 판단할 수 있다.
즉, 정상 결정화 지역(B)의 돌기(2a)의 높이(D)는 불량 결정화 지역(C)의 돌기(2b)의 높이(E)보다 높기 때문에 고주파 신호 중 소정 레벨 이하가 되는 부분이라고 판단할 수 있다.
그리고, UV 광이 조사되는 기판(10)은 좌우 방향(X)으로 이동함으로써 UV 광이 기판(10) 전체에 스캔되도록 한다. 따라서, 규소 결정화 검사를 위한 UV 광은 기판(10) 위의 다결정 규소층(14)의 불량 라인과 직교하며 스캔됨으로써 고속으로 불량 결정화 지역(C)의 판독이 가능하다.
그리고, 촬상 장치(300)에서의 화상의 결상 여부를 검사하는 화상 결상 센서(500)가 기판(10)과 소정 간격 이격되어 설치되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 화상 결상 센서(500)에서 발생한 센서 광(501)은 기판의 다결정 규소층(14)에 경사지게 입사하여 화상의 결상 여부를 검사한다.
그리고, 촬상 장치(300)에 화상을 보다 정확하게 결상하기 위해 기판(10)과 광학계(200)의 간격을 상하 방향(Y)으로 조절하는 기판 조절 장치(600)가 기판(10)에 연결되어 설치되어 있다.
이러한 기판 조절 장치(600)와 화상 결상 센서(500)는 서로 피드백 (Feedback)된다. 따라서, 화상 결상 센서(500)에서 화상의 결상이 제대로 되지 않은 것을 탐지하면, 기판 조절 장치(600)를 이용하여 기판(10)의 상하 위치를 조절하여 화상의 결상이 제대로 이루어지도록 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에 따른 규소 결정화 검사 시스템은 촬상 장치의 출력 신호 중 고주파수 신호를 필터링하고 분석하는 필터를 설치함으로써 불량 결정화 지역을 판독가능하다는 장점이 있다.
또한, 기판 조절 장치와 화상 결상 센서를 설치하고 이들을 서로 피드백함으로써 화상의 결상이 정확히 이루어지도록 한다.
또한, 기판을 기판 위의 다결정 규소층의 불량 라인과 직교하며 이동시켜 스캔함으로써 고속으로 규소 결정화 검사가 가능하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 규소 결정화 검사 시스템을 도시한 도면이고,
도 2는 ELA를 이용하여 비정질 규소층을 결정화하는 방법을 상세히 설명한 단면도이고,
도 3은 도 2의 A 부분을 확대 도시한 도면으로서, 정상 결정화 지역과 불량 결정화 지역을 상세히 설명한 도면이다.

Claims (6)

  1. UV 광을 기판에 조사하는 UV 조사 장치,
    상기 기판에서 반사된 UV 광을 결상하는 광학계,
    상기 광학계에 의해 결상된 화상을 측정하는 촬상 장치,
    상기 촬상 장치의 출력 신호 중 고주파수 성분을 필터링하는 필터
    를 포함하고,
    상기 기판은 결정화 공정이 완료된 기판인 규소 결정화 검사 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 기판과 상기 광학계 사이의 간격을 조절하는 기판 조절 장치를 더 포함하는 규소 결정화 검사 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 촬상 장치에서의 화상의 결상 여부를 검사하는 화상 결상 센서를 더 포함하는 규소 결정화 검사 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에서,
    상기 화상 결상 센서와 상기 기판 조절 장치는 서로 피드백되는 규소 결정화 검사 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 기판은 좌우 방향으로 이동하여 상기 UV 광이 상기 기판 전체에 스캔되는 규소 결정화 검사 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 UV 광은 상기 기판 위의 다결정 규소층의 불량 라인과 직교하며 스캔되는 규소 결정화 검사 시스템.
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